저항성 유도물질(acibenzolar-S-methyl)처리에 의한 토마토 잿빛곰팡이병 발병억제 Induction of Disease Resistance by Acibenzolar-S-methyl, the Plant Activator against Gray Mold (Botrytis cinerea) in Tomato Seedlings원문보기
병 저항성 유도물질인 acibenzolar-S-methyl[benzo(1,2,3) thiadiazole-7-carbothioic acid-S-methyl ester, ASM]을 토마토 유묘에 처리하여 잿빛곰팡이균(Botrytis cinerea)에 대한 유도저항성 여부를 조사하였다. 병원균 접종전 ASM 처리구에서는 병원균의 균사생장 뿐만 아니라 발병율도 현저히 감소하였다. 접종 3일전에 토마토 유묘에 처리한 ASM은 잿빛곰팡이병에 대한 균사생장억제(46.5%)와 함께 최고 55%의 발병 억제효과를 나타냈다. 한편, 토마토 유묘내 저항성 정도를 구명하기 위하여 ASM 처리에 의한 peroxidase의 활성을 측정하였다. ASM 처리된 조직 세포내에서는 현저하게 효소의 활성이 증가하였는데, 이러한 결과는 병원균을 미접종한 처리구 보다 접종 처리구에서 훨씬 크게 증가하였다. 그러나, 대조구인 물 처리구에서는 효소의 활성이 나타나지 않았다. 따라서, ASM 처리구내 병원균의 균사생장 및 발병억제는 조직세포내 산화적, 항산화적 보호시스템의 활성이 증가하였기 때문으로 판단된다.
병 저항성 유도물질인 acibenzolar-S-methyl[benzo(1,2,3) thiadiazole-7-carbothioic acid-S-methyl ester, ASM]을 토마토 유묘에 처리하여 잿빛곰팡이균(Botrytis cinerea)에 대한 유도저항성 여부를 조사하였다. 병원균 접종전 ASM 처리구에서는 병원균의 균사생장 뿐만 아니라 발병율도 현저히 감소하였다. 접종 3일전에 토마토 유묘에 처리한 ASM은 잿빛곰팡이병에 대한 균사생장억제(46.5%)와 함께 최고 55%의 발병 억제효과를 나타냈다. 한편, 토마토 유묘내 저항성 정도를 구명하기 위하여 ASM 처리에 의한 peroxidase의 활성을 측정하였다. ASM 처리된 조직 세포내에서는 현저하게 효소의 활성이 증가하였는데, 이러한 결과는 병원균을 미접종한 처리구 보다 접종 처리구에서 훨씬 크게 증가하였다. 그러나, 대조구인 물 처리구에서는 효소의 활성이 나타나지 않았다. 따라서, ASM 처리구내 병원균의 균사생장 및 발병억제는 조직세포내 산화적, 항산화적 보호시스템의 활성이 증가하였기 때문으로 판단된다.
The plant defence activator, Acibenzolar-S-methyl [benzo (1,2,3) thiadiazole-7-carbothioic acid-S-methyl ester, ASM] was assayed on tomato seedlings for its ability to induce resistance against Botrytis cinerea, the causal agent of gray mold in tomato. Pre-treatment of plants with ASM reduced the se...
The plant defence activator, Acibenzolar-S-methyl [benzo (1,2,3) thiadiazole-7-carbothioic acid-S-methyl ester, ASM] was assayed on tomato seedlings for its ability to induce resistance against Botrytis cinerea, the causal agent of gray mold in tomato. Pre-treatment of plants with ASM reduced the severity of the disease as well as the growth of the mycelium in plants. In ASM treated plants, reduction in disease severity (up to 55%) was correlated with suppression of mycelia growth (up to 46.5%) during the time course of infection. In plants treated with ASM, activities of peroxidase were determined as markers of resistance. Applications of ASM induced Progressive and significant increase of the enzyme in locally treated tissues. Such responses were expressed earlier and with a much higher magnitude when ASM-treated seedlings were challenged with the pathogen, thus providing support to the concept that a signal produced by the pathogen is essential for triggering enhanced synthesis and accumulation of the enzymes. No such activities were observed in water-treated control plants. Therefore, the slower symptom development and reduction in mycelium growth in ASM treated plants might be due to the increase in activity of oxidative and antioxidative protection systems in plants.
The plant defence activator, Acibenzolar-S-methyl [benzo (1,2,3) thiadiazole-7-carbothioic acid-S-methyl ester, ASM] was assayed on tomato seedlings for its ability to induce resistance against Botrytis cinerea, the causal agent of gray mold in tomato. Pre-treatment of plants with ASM reduced the severity of the disease as well as the growth of the mycelium in plants. In ASM treated plants, reduction in disease severity (up to 55%) was correlated with suppression of mycelia growth (up to 46.5%) during the time course of infection. In plants treated with ASM, activities of peroxidase were determined as markers of resistance. Applications of ASM induced Progressive and significant increase of the enzyme in locally treated tissues. Such responses were expressed earlier and with a much higher magnitude when ASM-treated seedlings were challenged with the pathogen, thus providing support to the concept that a signal produced by the pathogen is essential for triggering enhanced synthesis and accumulation of the enzymes. No such activities were observed in water-treated control plants. Therefore, the slower symptom development and reduction in mycelium growth in ASM treated plants might be due to the increase in activity of oxidative and antioxidative protection systems in plants.
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문제 정의
그러므로 유도저항성 물질을 이용한 작물 체내 저항성 발현은 이러한 병해를 감소시킬 뿐만 아니라 수확후 약제 잔류 감소에도 유용할 것으로 판단되었다. 따라서, 본 연구의 목적은 토마토 잿빛곰팡이병에 대하여 생육중 ASM에 의한 발병억제와 토마토 식물에서 유도 저항성과 2종류의 효소(POX와 GPX)와의 연관 관계를 탐색하고자 수행하였다.
본 연구는 토마토 유묘에서 활성 물질 ASM의 잿빛곰팡이병 발병억제에 대한 실제적인 저항성 유도효과를 측정하기 위해서 실시하였다. 또한, 일부 원예작물에서 ASM 처리에 의해 몇 종의 곰팡이, 세균 및 바이러스 병에 대한 비슷한 저항성이 유도되는 것이 확인되었다(Anfoka,2000; Benhamou와 Belanger, 1998; Scarponi 등, 2001).
제안 방법
이러한 저항성은 바이러스의 RNA 합성을 현저히 감소시키기 때문인 것으로 밝혀졌다. ASM 의 처리는 POX, GPX 효소의 활성화를 유도하였다(Fig. 3A, B). 이러한 반응들은 B.
ASM 처리. Acibenzolar-S-methyl(benzo( 1, 2, 3)thiadiazole-7-carbothioic acid-S-methyl ester, Bion, Syngenta, 50%WP) 0.2mg/m/의 농도가 되도록 멸균수에 희석하였고, 모든 유묘에 분무처리 하였다. 처리후 유묘를 온실 내에서 생장 시켰다.
SAR 유도물질처리의 최적 시간대를 측정하기 위해 유묘에 ASM을 처리하고 1, 2, 3, 4일 후에 병원균을 접종하여 관찰하였다. B. cinereal 대한 방제 효과는 병 조사기준(0, 무발병; 1, 1-10% 발병; 2, 11-25% 발병; 3, 26-49% 발병; 4, 50-74% 발병; 5, 75% 이상 발병) 에따라 접종후 4, 7, 11, 14일에 조사하였다. 발병정도는 60 주의 유묘 잎(20주 3반복)의 측정치를 종합하여 Anfoka (2000)의 방법에 따라 발병정도를 계산하였다.
처리후 유묘를 온실 내에서 생장 시켰다. SAR 유도물질처리의 최적 시간대를 측정하기 위해 유묘에 ASM을 처리하고 1, 2, 3, 4일 후에 병원균을 접종하여 관찰하였다. B.
5 m/을 취하여 PDA 배지상에 평판하여 배양하였다. 그 후 250(3에서 72 시간 배양하면서 배지상에 형성된 콜로니 수를 조사하였다.
6mMT/cm의 molar extinction coefficient# 사용하여 tetraguaiacol이 분당 생산하는 단백질 함량을 mg 단위로 나타내었다. 대조 구로 sodium acetate buffers- 사용하였으며, 각 시료들은 2반복으로 측정하여 분석하였다. GPX 활성측정은 Kampranix 등(2000)의 방법에 따라 실시하였다.
병 저항성 유도물질인 acibenzolar-S-methyl[benzo( 1, 2, 3) thiadiazole-7-carbothioic acid-S-methyl ester, ASM]을 토마토 유묘에 처리하여 잿빛곰팡이균(Botrysis cinerea)에 대한 유도저항성 여부를 조사하였다. 병원균 접종전 ASM 처리구에서는 병원균의 균사생장 뿐만 아니라 발병율도현저히 감소하였다.
ASM 처리엽의 균사생장 억제. 완전히 전개된 토마토잎에 저항성 유도물질 ASM 또는 물을 처리후 3일이 경과한 다음 B. cinerea를 인위적으로 접종하였다. 접종 48 시간후 처리엽을 5mm 크기의 디스크로 절단하여 0.
효소추출을 위한 시료는 각각 처리 2, 3, 5, 7일 후에 채취하였다. 잎의 절단에 있어 나타날 수 있는 부작용을 피하기 위해서 절단부위 가장자리 2 mm 부위는 제거하였고 인접한 조직은 액화질소에침지 하였다. 그 후 pH 7.
토마토 유묘에 ASM 또는 물을 살포하고 3 일후에 B. cinerea을 접종하였다. 대조구는 유묘에 물을 살포하고 3일후에 접종한 처리구(i), ASM를 유묘에 살포하였지만 접종하지 않은 처리구(ii), 물을 유묘에 살포하였지만 접종하지 않은 처리구(ⅲ)로 구분하였다.
온도 25±5℃, 습도 67~80%인 온실에서 재배한 토마토(품종: 하우스 도태랑)의 4개 잎을 모든 시험에 사용하였다. 토마토 종자는 모래, 펄라이트, 그리고 약간의 유기물을 혼합한 토양이 담긴 직경 10 cm 포트에 파종하고 수분을 1일, 1회씩 충분량 공급하고 광을 하루 14시간 처리하면서 재배하였다.
5%)와 함께 최고 55%의 발병 억제효과를 나타냈다. 한편, 토마토 유묘 내 저항성 정도를 구명하기 위하여 ASM 처리에 의한 peroxidase의 활성을 측정하였다. ASM 처리된 조직 세포 내에서는 현저하게 효소의 활성이 증가하였는데, 이러한 결과는 병원균을 미접종한 처리구 보다 접종 처리 구에서 훨씬 크게 증가하였다.
분석 시료는 접종한 잎에서 채취하였고, 대조구는 접종된 잎들과 유사한 부위에서 수집하였다. 효소추출을 위한 시료는 각각 처리 2, 3, 5, 7일 후에 채취하였다. 잎의 절단에 있어 나타날 수 있는 부작용을 피하기 위해서 절단부위 가장자리 2 mm 부위는 제거하였고 인접한 조직은 액화질소에침지 하였다.
대상 데이터
모든 분석은 25℃에서 실시하였으며, 흡광도는 Shimadzu UV1601 PC로 측정하였다. POX를 측정함에 있어서 Maehly과 Chane(1954)의 시험에서와 같이 guaiacol을 기질로 하여 사용하였다. 50 mM sodium acetate buffer(pH 5.
대조구는 유묘에 물을 살포하고 3일후에 접종한 처리구(i), ASM를 유묘에 살포하였지만 접종하지 않은 처리구(ii), 물을 유묘에 살포하였지만 접종하지 않은 처리구(ⅲ)로 구분하였다. 분석 시료는 접종한 잎에서 채취하였고, 대조구는 접종된 잎들과 유사한 부위에서 수집하였다. 효소추출을 위한 시료는 각각 처리 2, 3, 5, 7일 후에 채취하였다.
토마토 생육. 온도 25±5℃, 습도 67~80%인 온실에서 재배한 토마토(품종: 하우스 도태랑)의 4개 잎을 모든 시험에 사용하였다. 토마토 종자는 모래, 펄라이트, 그리고 약간의 유기물을 혼합한 토양이 담긴 직경 10 cm 포트에 파종하고 수분을 1일, 1회씩 충분량 공급하고 광을 하루 14시간 처리하면서 재배하였다.
이론/모형
대조 구로 sodium acetate buffers- 사용하였으며, 각 시료들은 2반복으로 측정하여 분석하였다. GPX 활성측정은 Kampranix 등(2000)의 방법에 따라 실시하였다. GPX 활성은 340 nm 에서 Im/의 용액 즉, 50mM Tris buffer(pH7.
즉시 사용하지 않을 경우에는 효소 추출액이 담긴 튜브는 -20℃에 저장하였다. 단백질 함량은 표준으로 BSA 를 사용한 Bradford의 방법으로 측정하였다.
cinereal 대한 방제 효과는 병 조사기준(0, 무발병; 1, 1-10% 발병; 2, 11-25% 발병; 3, 26-49% 발병; 4, 50-74% 발병; 5, 75% 이상 발병) 에따라 접종후 4, 7, 11, 14일에 조사하였다. 발병정도는 60 주의 유묘 잎(20주 3반복)의 측정치를 종합하여 Anfoka (2000)의 방법에 따라 발병정도를 계산하였다.
성능/효과
ASM을 처리한 잎의 잿빛곰팡이병 발병정도는 처리하지 않은 것에 비해 현저히 낮았다. ASM 처리 잎에서는 병원균으로부터 발병을 억제시킬 수 있을 뿐만 아니라, 병원균의 다양한 활동을 억제시키는 것을 명백히 알 수 있었다. 그러나, in vitro 시험에서는 몇종의 곰팡이로 처리한 결과 유효농도를 훨씬 초과하여 처리하여도 ASM 자체, 그리고 ASM 으로 인한 유도저항성 기작에 의한 항균활성은 나타나지않았다(Godard 등, 1999).
병원균 접종후 발병확산. ASM 처리구에서는 물로 처리한 구와 비교한 결과 현저하게 B. cinerea의 균 밀도가 억제되었다(Fig. 2). 이러한 억제효과는 관찰 4일에 처음 조사되었으며 처리 7일까지 관찰되었다.
그러나 관찰 7 일에서는 이러한 활성이 유지되지 않았다. ASM 처리후 B. cinerea 무접종 처리구에서는 GPX 활성변화는 시간이경과함에 따라 증가하여 관찰 5일에 가장 높았으며 대조구(B. cinerea 접종 또는 무접종)보다도 높았다. 시험 기간 동안 물 처리구에서 GPX 활성은 B.
POX 활성은 시간이 경과함에 따라 증가하였으며, 균 접종후 5일에서 가장 높은 결과를 나타내었으나 처리 7일에 다시 크게 감소하였다. ASM 처리후 B. cinerea 무접종 처리구에서는 균 접종 처리구 만큼 높은 POX 활성을 보였으나 처리후 2, 3, 7일에서는 유의성이 없었다. 물 처리후 B.
3A). ASM 처리후 B. cinerea 접종 처리구에서는 관찰 3일에 다른 처리구보다 POX 활성이 현저하게 높은 수준으로 나타났다. POX 활성은 시간이 경과함에 따라 증가하였으며, 균 접종후 5일에서 가장 높은 결과를 나타내었으나 처리 7일에 다시 크게 감소하였다.
cinerea 접종 처리구에서는 관찰 3일에 다른 처리구보다 POX 활성이 현저하게 높은 수준으로 나타났다. POX 활성은 시간이 경과함에 따라 증가하였으며, 균 접종후 5일에서 가장 높은 결과를 나타내었으나 처리 7일에 다시 크게 감소하였다. ASM 처리후 B.
결과적으로, ASM은 여러가지 조직세포의 방어기작에대한 효과적인 유도체로 증명되고 있다. 이러한 ASM에 의한 방어기작은 그 물질 자체로서 항균효과를 가지고 있지는 않으며, 토마토'또는 다른 작물에서 병원균에 대한 저항성을 유도하는데 유용한 물질로서 작용하는 것으로 사료된다.
1). 관찰 7일에 ASM 3일전 처리 유묘는 무처리에 비하여 발병율이 75%까지 억제되었고, 관찰 14일까지 동일한 수준으로 지속되었다.
이러한 억제효과는 관찰 4일에 처음 조사되었으며 처리 7일까지 관찰되었다. 균밀도는 ASM 처리에 의해서 4, 7, 11일에 각각 62.8, 68.2, 그리고 60.5% 로 억제되었다(Fig. 2).
(Kuzniak 등, 2001). 그러므로 유도저항성 물질을 이용한 작물 체내 저항성 발현은 이러한 병해를 감소시킬 뿐만 아니라 수확후 약제 잔류 감소에도 유용할 것으로 판단되었다. 따라서, 본 연구의 목적은 토마토 잿빛곰팡이병에 대하여 생육중 ASM에 의한 발병억제와 토마토 식물에서 유도 저항성과 2종류의 효소(POX와 GPX)와의 연관 관계를 탐색하고자 수행하였다.
3A). 또한, ASM 처리후 B. cinerea 접종 처리구에서 GPX 활성은 현저하게 증가(Fig. 3B)하는 것이 나타났으며, 관찰 3~5일에서 다른 처리구보다 현저히 높게 관찰되었다. 그러나 관찰 7 일에서는 이러한 활성이 유지되지 않았다.
1). 물처리구에 비하여 발병율은 현저하게 감소되었고 접종 3 일전에 ASM을 처리한 구에서 발병억제 효과가 가장 높았다(Fig. 1). 관찰 7일에 ASM 3일전 처리 유묘는 무처리에 비하여 발병율이 75%까지 억제되었고, 관찰 14일까지 동일한 수준으로 지속되었다.
유도저항성 여부를 조사하였다. 병원균 접종전 ASM 처리구에서는 병원균의 균사생장 뿐만 아니라 발병율도현저히 감소하였다. 접종 3일전에 토마토 유묘에 처리한 ASM은 잿빛곰팡이병에 대한 균사생장억제(46.
또한, SOD, GST, GPX와 같은 해독작용을 유도하는 유전자와 보호작용을 유도하는 유전자에 산화적인 스트레스를 주면 이러한 방어기작이 활성화 된다(Kurama 등, 2002). 본 연구결과에서도 ASM 처리 토마토 유묘에서 유도작용이 진행되는 동안 GPX의 활성은 증대되는 것을 관찰 할 수 있었다. 이들 효소의 활성증가는 Levine 등(1994)이 보고한 것과 같이 산화적 스트레스와 관련된 피해로부터 단백질 증가와 깊은 관련이 있는 것으로 사료된다.
본 연구에서도 토마토 잿빛곰팡이병균에 대한 가장 높은 저항성 유도는 ASM을 병원균 접종 3일전에 미리 처리되었을 때 가장 좋은 결과를 나타내었다(Fig. 1). 시험 기간이 지난 시기부터는 잿빛곰팡이병에 대한 발병억제 효과가 더 이상 증가하지 않았다.
cinerea 접종 또는 무접종)보다도 높았다. 시험 기간 동안 물 처리구에서 GPX 활성은 B. cinerea 접종 및 무 접종 처리에서 낮은 결과를 유지하였다(Fig. 3B).
후속연구
그러나, 토마토의 영양상태가 좋지 않거나 조직 세포 내공 간에 항균물질이 축적되는 것은 이러한 superoxide radical 과 H2O2의 생성이 감소될 수도 있다. 따라서, ASM 처리 토마토 잎에서의 리그닌과 항균물질의 생성에 관련하여서는 보다 더 깊은 연구가 필요하다고 판단되었다.
참고문헌 (25)
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